鐘志偉 李長(zhǎng)俊 薛征征 汪 輝

(中國石化華北分公司第一采氣廠)

超聲霧化排水采氣工藝在DK16井應(yīng)用效果分析

鐘志偉 李長(zhǎng)俊 薛征征 汪 輝

(中國石化華北分公司第一采氣廠)

大牛地氣田氣井普遍產(chǎn)水，嚴(yán)重影響了氣井的正常生產(chǎn)。為維持氣井正常生產(chǎn)，氣田開展了泡沫排水采氣、柱塞氣舉、超聲霧化等工藝的應(yīng)用研究。與其它排水采氣工藝相比，超聲霧化排水工藝具有一次性投入較小，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，該工藝?yán)脷饩陨砟芰?，通過機(jī)械、氣動(dòng)、超聲波霧化的多重作用，將液滴擊碎成霧狀，減少滑脫損失，提高氣井?dāng)y液能力。通過概述超聲霧化排水工藝原理、特點(diǎn)及DK16井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，為低壓低滲氣井提供了一種新的排水采氣工藝選擇。圖4表10參3

采氣工藝 超聲霧化 應(yīng)用 分析

0 前言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，屬特低滲致密砂巖氣藏，氣井產(chǎn)能較低。該氣田自2003年9月1日投入開發(fā)以來，相繼有600余口氣井投入生產(chǎn)，部分氣井生產(chǎn)過程中產(chǎn)出地層水(并產(chǎn)凝析油)。氣井出水后，井底積液加劇，井筒內(nèi)回壓增大，產(chǎn)氣量隨之降低，部分氣井因此而停產(chǎn)。2006年8月，在該氣田DK16井采氣超聲霧化排水采氣工藝后，提高了氣井?dāng)y液能力。

1 超聲霧化排水采氣工藝介紹

1.1 超聲霧化工藝簡(jiǎn)介

超聲霧化裝置(圖1)主要由霧化裝置、分離裝置、密封裝置和卡定裝置四部分組成。超聲霧化排水采氣工藝是將一套超聲波霧化裝置，利用鋼絲作業(yè)下入并卡定在井內(nèi)油管的設(shè)計(jì)深度，借助天然氣流動(dòng)能量，將大液滴打碎，霧化。霧化通過3方面實(shí)現(xiàn):①霧化裝置中有一個(gè)旋流分離裝置，它借助于高速旋轉(zhuǎn)流體，產(chǎn)生剪切力和離心力破壞液體的表面張力，使液體破碎霧化;②利用高速氣流劇烈沖擊液體再膨脹，破壞液體的粘性力和表面張力，使液體破碎霧狀;③利用聲振動(dòng)的力學(xué)效應(yīng)，使液體碎化、均化、細(xì)化，降粘。通過超聲霧化，可以將井筒液體打碎到78μm～88μm的霧滴，使氣井?dāng)y液臨界流速大幅降低，從而提高了氣井的排液效率。

圖1 超聲旋流霧化裝置示意圖

1.2 超聲霧化工藝原理

超聲霧化是利用超聲能量使液體形成細(xì)微霧滴的過程。霧化方式是處于振動(dòng)表面的薄液層在超聲振動(dòng)的作用下激起毛細(xì)——重力波。當(dāng)振動(dòng)面的振動(dòng)幅度達(dá)到一定值時(shí)，液滴即從波峰上飛出成霧［1］。在較低流速的氣流帶動(dòng)下，霧滴更容易從井內(nèi)攜帶出來。霧滴直徑可由式(1)近似計(jì)算:

式中:

T—液體的表面張力系數(shù);

ρ—液體的密度，kg/m3;

f—頻率，Hz。

氣體流速與液滴直徑的關(guān)系［2］:

式中:

ρ1—液體密度，kg/m3;

ρg—?dú)怏w密度，kg/m3;

d—液滴直徑，m;

Vg—?dú)怏w流速，m/s。

由式(3)可見，發(fā)聲裝置發(fā)出的超聲波頻率越高，則需要的攜液流速越低。

選用的超聲霧化裝置中，采用了“亥姆赫芝哨”來產(chǎn)生超聲波。“亥姆赫芝哨”是一個(gè)簡(jiǎn)單的共振器，由兩個(gè)腔體組成(圖2)。由流體流動(dòng)速度差形成擾動(dòng)發(fā)聲，其發(fā)聲的基波頻率由腔體決定。

將式(1)帶入式(2)，得到與頻率f的關(guān)系:

圖2 亥姆赫芝哨示意圈

“亥姆赫芝哨”發(fā)出的超聲波頻率與其尺寸之間的關(guān)系:

式中:

c—聲速，m/s;

V—空腔體積，m3;

r—與腔連接管有關(guān)的系數(shù)。

由式(4)可以看出，只要“亥姆赫芝哨”尺寸足夠，在足夠氣流速度差驅(qū)動(dòng)下，能夠發(fā)出足夠高頻率的超聲波，就能將液體擊碎成微米級(jí)直徑的液滴，此時(shí)，只需要很低的氣體流速就能夠?qū)⒕追e液攜帶出井筒，實(shí)現(xiàn)排水采氣的目的。

為了讓“亥姆赫芝哨”在井下氣液混合流動(dòng)環(huán)境下能夠發(fā)聲，在流體流過“亥姆赫芝哨”之前采用了一個(gè)能夠產(chǎn)生雙旋流的分離裝置將氣液分離，使流過“亥姆赫芝哨”的流體為氣體，且旋流分離裝置也能破壞液體表面張力將液滴破碎，且分離后的氣和液再次經(jīng)過霧化噴嘴(圖3)，再次霧化，三重作用使液體充分霧化。

圖3 霧化噴嘴示意圈

2 超聲霧化現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

2.1 試驗(yàn)前生產(chǎn)情況

DK16井基本情況見表1。

DK16井由于產(chǎn)能低，投產(chǎn)后排液困難，平均兩天提產(chǎn)帶液一次，頻繁的提產(chǎn)帶液使該井的油壓及產(chǎn)液量波動(dòng)較大，不利于氣井的長(zhǎng)期生產(chǎn)。為使DK16井正常生產(chǎn)，2006年4月10日開始對(duì)該井進(jìn)行泡排，先后使用XH－2－6、UT－11C型泡排劑進(jìn)行助排。泡排措施在減小油套壓差方面取得了一定的效果，產(chǎn)液量有所降低，仍需要結(jié)合提產(chǎn)帶液才能維持該井正常生產(chǎn)(表2和圖4)。

表1 DK16井基本情況表

表2 DK16井2006年1－7月生產(chǎn)情況表

圖4 DK16井前期生產(chǎn)曲線圖

2.2 超聲霧化試驗(yàn)情況

DK16井于2006年8月開始安裝了超聲霧化裝置，2007年1月1日起開始進(jìn)行超聲霧化排水采氣工藝試驗(yàn)。為了摸索DK16井采用超聲霧化采氣工藝的生產(chǎn)制度，結(jié)合臨界攜液理論，且對(duì)DK16井進(jìn)行5種生產(chǎn)制度的試驗(yàn)(表3，圖5)。

2.3 超聲霧化效果分析

(1)試驗(yàn)井生產(chǎn)分析

DK16井投產(chǎn)后，采取了常規(guī)生產(chǎn)、泡排生產(chǎn)及超聲霧化排水生產(chǎn)三個(gè)階段，并對(duì)超聲霧化的生產(chǎn)制度進(jìn)行了摸索，生產(chǎn)參數(shù)及測(cè)壓情況(表4，表5)。

表3 DK16井2007年超聲霧化試驗(yàn)制度表

圖5 DK16井生產(chǎn)曲線圖(超聲霧化工藝后)

表4 DK16井各種生產(chǎn)制度的生產(chǎn)參數(shù)表

表5 DK16井不同生產(chǎn)制度下的測(cè)壓數(shù)據(jù)表

從上表可以看出，DK16井采用超聲霧化后的生產(chǎn)情況好于試驗(yàn)前，且超聲霧化的制度3好于其它4種生產(chǎn)制度，因?yàn)橹贫?的瞬時(shí)流量既能將超聲霧化裝置啟動(dòng)，又能使超聲霧化裝置位置的流體持液率保持在一個(gè)較低的水平，氣井能夠連續(xù)攜液生產(chǎn)，因此，制度3是DK16井采用超聲霧化的最優(yōu)生產(chǎn)制度。

(2)試驗(yàn)井與同氣田其它生產(chǎn)井對(duì)比分析

DK16井通過縱向比較證明了超聲霧化工藝的優(yōu)越性，且摸索出了合理的生產(chǎn)制度。為了更好地證實(shí)超聲霧化工藝的優(yōu)越性，抽取了同氣田配產(chǎn)相近和產(chǎn)層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度、無阻流量近似的10口井進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觥?duì)比數(shù)據(jù)見表6和表7。

通過比較可知，DK16井比這十口產(chǎn)量相近的井生產(chǎn)要穩(wěn)定得多、攜液能力要強(qiáng)得多、壓力下降慢得多，十分有利于長(zhǎng)期的穩(wěn)產(chǎn)，顯現(xiàn)了超聲霧化制度的優(yōu)越性。

同時(shí)，抽取與DK16井配產(chǎn)相近、產(chǎn)層相同，且產(chǎn)層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度、無阻流量近似的1－53、45－1井作為對(duì)比井，進(jìn)一步分析超聲霧化工藝的效果。這2口井物性參數(shù)見表8。

DK16井與45－1、1－53井在相同時(shí)間內(nèi)，且生產(chǎn)制度也相同，生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比見表9和表10。

表6 DK16井與十口配產(chǎn)相近對(duì)比井生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比表

表7 DK16井與十口對(duì)比井生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比表

表8 DK16井與2口同產(chǎn)層、配產(chǎn)近似井物性參數(shù)對(duì)比

表9 DK16井與45－1、1－53井生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比表

表10 DK16井與45－1、1－53井生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比表

通過比較可知，不管從生產(chǎn)情況、攜液能力以及穩(wěn)定性等各方面來看，DK16井的生產(chǎn)情況都要比這兩口強(qiáng)。同時(shí)這兩口井改變生產(chǎn)制度后，攜液能力有所提高，但仍不適合氣井的排液需要，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈現(xiàn)油套壓差不斷增大的趨勢(shì)，不能保證氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)。因此超聲霧化排水采氣工藝對(duì)于延長(zhǎng)氣井的生產(chǎn)時(shí)限以及穩(wěn)定氣井生產(chǎn)有著重要的意義，證明了該工藝的優(yōu)越性。

3 結(jié)論

(1)通過縱向比較可知，DK16井采用超聲霧化工藝以后，生產(chǎn)狀態(tài)明顯好于泡排生產(chǎn)，較泡排工藝具有明顯的優(yōu)越性。

(2)通過橫向比較可知，DK16井生產(chǎn)情況明顯好于同氣田配產(chǎn)相近、物性相似的井。同時(shí)，超聲霧化工藝更有利于氣井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。

(3)DK16井實(shí)施超聲霧化工藝后，增加了產(chǎn)氣量，不需其他助排措施，節(jié)約了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯;同時(shí)，基本杜絕了放空，有利于環(huán)境保護(hù)。

(4)通過DK16井超聲霧化排水采氣工藝試驗(yàn)，證明該工藝簡(jiǎn)單，一次性投資較小，適用于大牛地氣田這種低滲低壓氣田，且有很好的推廣前景。

(5)建議在大牛地氣田推廣應(yīng)用超聲霧化排水采氣工藝。

1 應(yīng)崇福主編．超聲學(xué)［M］．北京:科學(xué)出版社，1990.

2 楊川東．采氣工程［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1997.

3 李士倫．天然氣工程［M］．北京:石油工業(yè)出版社，2000.

APPLICATION OF ULTRASONIC ATOMIZATION DRAINAGE GAS RECOVERY TO DK16 WELLAND ITS EFFECT

ZHONG Zhiwei，LI Changjun，XUE Zhengzheng and WANG Hui(No．1 Gas Production Plant，Sinopec North China Company)．

In Daniudi gasfield，most gas wells produce water，which seriously affected a normal production．So，some technologies，including foam drainage gas recovery，plunger gas lifting and ultrasonic atomization，are studied．Results show that:(1)compared with other technologies，a technology of ultrasonic atomization drainage gas recovery has some advantages such as small onetime investment and easy operation;(2)utilizing energy from well itself，the technology can break droplet into spray through the mechanical，pneumatic and ultrasonic atomizing effect;(3)it can reduce slippage loss，therefore to enhance fluid － carrying capability．In this paper，the principles and features of ultrasonic atomization drainage gas recovery and its application to DK16 well are presented．For gas wells with low pressure and permeability，it becomes a new choice for drainage gas recovery technologies．

gas recovery technology，ultrasonic atomization，application，analysis

鐘志偉，男，1981年出生，助理工程師;2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，在華北分公司第一采氣廠從事采氣工作。地址:(719000)陜西省榆林市小壕兔鄉(xiāng)轉(zhuǎn)第一采氣廠采氣一隊(duì)。電話:13947751937。E－mail:elva8935@126.com

NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．52 －57，7/25/2011

(修改回稿日期 2010－12－03 編輯 文 敏)